?專項提能特訓(xùn)13　電解原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
1．城市地下潮濕的土壤中常埋有縱橫交錯的管道和輸電線路，當有電流泄漏并與金屬管道形成回路時，就會引起金屬管道的腐蝕。原理如圖所示，但若電壓等條件適宜，鋼鐵管道也可能減緩腐蝕，此現(xiàn)象被稱為“陽極保護”。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)

A．該裝置能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．管道右端腐蝕比左端快，右端電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋
C．如果沒有外加電源，潮濕的土壤中的鋼鐵管道比較容易發(fā)生吸氧腐蝕
D．鋼鐵“陽極保護”的實質(zhì)是在陽極金屬表面形成一層耐腐蝕的鈍化膜
答案　B
解析　該裝置相當于電解池，能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A正確；左端是陽極，腐蝕得更快，B錯誤；如果沒有外加電源，潮濕的土壤(接近中性)中的鋼鐵管道發(fā)生原電池反應(yīng)，所以發(fā)生的是吸氧腐蝕，C正確；根據(jù)題意，此種腐蝕較慢，所以“陽極保護”實際上是在金屬表面形成了一層致密的保護膜，D正確。
2．我國預(yù)計在2020年前后建成自己的載人空間站。為循環(huán)利用人體呼出的CO2并提供氧氣，我國科學(xué)家設(shè)計了一種裝置(如圖所示)，實現(xiàn)“太陽能→電能→化學(xué)能”轉(zhuǎn)化，總反應(yīng)為2CO2===2CO＋O2，下列有關(guān)說法不正確的是(　　)

A．該裝置屬于電解池
B．X極發(fā)生氧化反應(yīng)，Y極發(fā)生還原反應(yīng)
C．人體呼出的水蒸氣參與Y極反應(yīng)：
CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－
D．X極每產(chǎn)生標準狀況下22.4 L氣體，有2 mol的OH－從Y極移向X極
答案　D
解析　A項，該裝置實現(xiàn)“太陽能—電能—化學(xué)能”轉(zhuǎn)化，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置為電解池，正確；B項，根據(jù)圖中電子的流向“X→Y”可知，X極為陽極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Y為陰極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，正確；C項，Y為陰極，根據(jù)總反應(yīng)可知，陰極為CO2得電子，生成CO，電極反應(yīng)為CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，正確；D項，X極為陽極，OH－放電生成氧氣，電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成1 mol O2，陽極有4 mol OH－
放電，根據(jù)溶液電中性原理，X電極區(qū)陰離子減少，則會有4 mol OH－從Y極透過陰離子交換膜移向X極，使得溶液保持電中性，錯誤。
3．(2019·山東青島調(diào)研)再生鉛行業(yè)是我國在重視環(huán)境保護和充分利用有色金屬再生資源的情況下逐步發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)。從廢舊鉛蓄電池中回收鉛的工藝為：
―→

電解原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．陰極區(qū)電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑
B．電解過程中陽極附近pH明顯增大
C．Na2PbCl4濃度下降后，在陰極區(qū)加入PbO，可實現(xiàn)電解質(zhì)溶液的再生使用
D．電路中流經(jīng)4 mol電子，陰極可得207 g鉛
答案　C
解析　陽極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，同時陽極區(qū)的H＋移向陰極，陽極區(qū)硫酸濃度增大，pH降低，B項錯誤；陰極發(fā)生的反應(yīng)為PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，同時H＋通過質(zhì)子交換膜，陰極區(qū)形成HCl/NaCl溶液，電解后向陰極區(qū)加入PbO，可以生成PbCl，A項錯誤、C項正確；電路中通過4 mol電子時，陰極可得414 g鉛，D項錯誤。
4．(2020·太原質(zhì)檢)采用電化學(xué)法還原CO2是一種使CO2資源化的方法。下圖是利用此法制備ZnC2O4的示意圖(電解液不參與反應(yīng))。下列說法中正確的是(　　)

A．Zn與電源的負極相連
B．ZnC2O4在交換膜右側(cè)生成
C．電解的總反應(yīng)為2CO2＋ZnZnC2O4
D．通入11.2 L CO2時，轉(zhuǎn)移0.5 mol電子
答案　C
解析　電解過程中Zn被氧化，作陽極，所以Zn與電源的正極相連，A錯誤；Zn2＋透過陽離子交換膜到達左側(cè)與生成的C2O形成ZnC2O4，B錯誤；沒有給出氣體所處的溫度和壓強，D錯誤。
5．用惰性電極電解法制備硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子和陰離子通過)。下列有關(guān)說法正確的是(　　)

A．陰極與陽極產(chǎn)生的氣體體積比為1∶2
B．b極的電極反應(yīng)式為2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．產(chǎn)品室中發(fā)生的反應(yīng)是B(OH)3＋OH－===B(OH)
D．每增加1 mol H3BO3產(chǎn)品，NaOH溶液增重22 g
答案　D
解析　由圖可知，b電極為陽極，電解時陽極上水失電子生成O2和H＋，a電極為陰極，電解時陰極上水得電子生成H2和OH－，原料室中的鈉離子通過陽膜進入a極室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通過陰膜進入產(chǎn)品室，b極室中氫離子通過陽膜進入產(chǎn)品室，B(OH)、H＋發(fā)生反應(yīng)生成H3BO3；a、b電極反應(yīng)式分別為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理論上每生成1 mol產(chǎn)品，b極生成1 mol H＋、a極生成0.5 mol H2，質(zhì)量減少1 g，此時1 mol Na＋進入NaOH溶液中即增重23 g，故NaOH溶液增重22 g。
6．SO2和NOx是主要大氣污染物，利用下圖裝置可同時吸收SO2和NO。下列有關(guān)說法錯誤的是(　　)

A．a(chǎn)極為直流電源的負極，與其相連的電極發(fā)生還原反應(yīng)
B．陰極得到2 mol電子時，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol
C．吸收池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．陽極發(fā)生的反應(yīng)式為SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
答案　D
解析　A項，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，亞硫酸氫根離子得電子生成硫代硫酸根離子，a是直流電源的負極，正確；B項，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，陰極得到2 mol電子時，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol，正確；C項，硫代硫酸根離子與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氮氣，離子反應(yīng)方程式為：2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正確；D項，陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，錯誤。
7．某混合物漿液中含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組設(shè)計了利用石墨電極電解的分離裝置(如圖所示)，使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素的溶液，并回收利用。下列說法中錯誤的是(　　)

A．a(chǎn)極室的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．上述裝置中a電極室的電極可換成金屬鐵
C．電解后，b極室得到Na2SO4和Na2CrO4的混合液
D．若電解后b極室溶液含Cr元素0.52 g，則電路中通過0.02 mol e－
答案　C
解析　通過裝置圖可知CrO要透過陰離子交換膜向b極移動，可知a為陰極，b為陽極，則a極室的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A說法正確；a極上發(fā)生還原反應(yīng)，故將電極換成鐵電極，F(xiàn)e不會被消耗，B說法正確；電解時b極發(fā)生反應(yīng)：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b極產(chǎn)生H＋，發(fā)生反應(yīng)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，因此b極室還有Cr2O存在，C說法錯誤；0.52 g鉻元素的物質(zhì)的量為0.01 mol，說明有0.01 mol CrO透過陰離子交換膜，則電路中通過0.02 mol電子，D說法正確。
8．(2019·山東菏澤一模)用石墨烯鋰硫電池電解制備Fe(OH)2的裝置如圖所示。電池放電時的反應(yīng)為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)，電解池兩極材料分別為Fe和石墨，工作一段時間后，右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。下列說法不正確的是(　　)

A．X是鐵電極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．電子流動的方向：B→Y，X→A
C．正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
D．鋰電極減重0.14 g時，電解池中溶液減重0.18 g
答案　D
解析　電解法制備Fe(OH)2，則鐵作陽極，根據(jù)題給總反應(yīng)可知，金屬鋰發(fā)生氧化反應(yīng)，作電池的負極，所以Y為陰極，故X是鐵電極，故A項正確；電子從原電池的負極流至電解池的陰極，然后從電解池的陽極流回到電池的正極，即電子從B電極流向Y電極，從X電極流回A電極，故B項正確；由圖示可知，電極A發(fā)生了還原反應(yīng)，即正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故C項正確；鋰電極減重0.14 g，則電路中轉(zhuǎn)移0.02 mol電子，電解池中發(fā)生的總反應(yīng)為Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑，所以轉(zhuǎn)移0.02 mol電子時，電解池中溶液減少0.02 mol H2O，即減輕0.36 g，故D項錯誤。
9．現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常用電解氯化亞鐵的方法制得氯化鐵溶液以吸收有毒的H2S氣體。工藝原理如圖所示。下列說法中不正確的是(　　)

A．H＋從電解池左槽遷移到右槽
B．左槽中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑
C．右槽的電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑
D．FeCl3溶液可以循環(huán)利用
答案　B
解析　由圖可知，右槽產(chǎn)生H2，則右側(cè)惰性電極為陰極，陽離子向陰極移動，則H＋從電解池左槽遷移到右槽，A正確；左槽惰性電極為陽極，由于還原性：Fe2＋>Cl－，則電極反應(yīng)式為2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，B錯誤；右槽惰性電極為陰極，電極產(chǎn)物為H2，則電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正確；由圖可知，左槽電解產(chǎn)生的FeCl3參與反應(yīng)吸收H2S，同時被還原為FeCl2，再通入左槽重新電解生成FeCl3，故FeCl3溶液可以循環(huán)利用，D正確。
10．某工廠采用電解法處理含鉻廢水，利用耐酸電解槽陰陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理示意如圖，下列說法不正確的是(　　)

A．a(chǎn)為電源正極
B．陽極區(qū)溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．若不考慮氣體的溶解，當收集到H2 13.44 L(標準狀況)時，有0.2 mol Cr2O被還原
D．陰極區(qū)附近溶液pH增大
答案　C
解析　由圖可知，右側(cè)生成氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，右側(cè)鐵板為陰極，故左側(cè)鐵板為陽極，故a為電源正極，A項正確；左側(cè)鐵板為陽極，鐵放電生成亞鐵離子，亞鐵離子被溶液中的Cr2O氧化，反應(yīng)生成Cr3＋、Fe3＋，反應(yīng)的離子方程式為：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，B項正確；13.44 L氫氣的物質(zhì)的量為＝0.6 mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n(Fe2＋)
＝＝0.6 mol，根據(jù)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O可知，被還原的Cr2O的物質(zhì)的量為0.6 mol×＝0.1 mol，C項錯誤；陰極氫離子放電生成氫氣，氫離子濃度降低，溶液的pH增大，D項正確。
11．電滲析法處理廚房垃圾發(fā)酵液，同時得到乳酸的原理如圖所示(圖中“HA”表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。

(1)陽極的電極反應(yīng)式為_____________________________________________________。
(2)簡述濃縮室中得到濃乳酸的原理：__________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)電解過程中，采取一定的措施可控制陰極室的pH為6～8，此時進入濃縮室的OH－可忽略不計。
400 mL 10 g·L－1乳酸溶液通電一段時間后，濃度增至145 g·L－1(溶液體積變化忽略不計)，則陰極上產(chǎn)生的H2在標準狀況下的體積約為________L(乳酸的摩爾質(zhì)量為90 g·mol－1)。
答案　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(2)陽極上OH－放電，c(H＋)增大，H＋從陽極室通過陽離子交換膜進入濃縮室，同時A－通過陰離子交換膜從陰極室進入濃縮室，發(fā)生反應(yīng)H＋＋A－HA，乳酸濃度增大　(3)6.72
12．按要求回答下列問題
(1)有人研究了用電化學(xué)方法把CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH，其原理如圖1所示：

則圖中A電極接電源________極。已知B電極為惰性電極，則在水溶液中，該極的電極反應(yīng)為________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)以連二亞硫酸鹽(S2O)為還原劑脫除煙氣中的NO，并通過電解再生，裝置如圖2。陰極的電極反應(yīng)式為______________________________________，電解槽中的隔膜為________(填“陽”或“陰”)離子交換膜。

(3)甲醛超標會危害人體健康，需對甲醛進行含量檢測及污染處理。某甲醛氣體傳感器的工作原理如圖3所示，b極的電極反應(yīng)式為________________________________________
________________________________________________________________________，
當電路中轉(zhuǎn)移4×10－4 mol電子時，傳感器內(nèi)參加反應(yīng)的甲醛(HCHO)為________mg。

答案　(1)負　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
(2)2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O　陽
(3)HCHO－4e－＋H2O===CO2＋4H＋　3
解析　(2)陰極上亞硫酸根離子得電子生成S2O，電極反應(yīng)式為2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O，陽極上，水失電子生成氧氣和氫離子，右側(cè)多余的氫離子通過離子交換膜進入左側(cè)，所以交換膜為陽離子交換膜。
(3)由圖可知，甲醛氣體傳感器為原電池原理，b極為負極，甲醛發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，電極反應(yīng)式為HCHO－4e－＋ H2O===CO2＋ 4H＋；由反應(yīng)式可知，當電路中轉(zhuǎn)移4×10－4 mol電子時，傳感器內(nèi)參加反應(yīng)的甲醛(HCHO)為×30 g·mol－1＝3×10－3g＝3 mg。

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